Резисторы имс
Резисторы ИМС можно подразделить на диффузионные, пинч-резисторы, ионно-легированные и пленочные.
Исходными данными для определения геометрических размеров резисторов являются их номинальное сопротивление, а также допуск на него, поверхностное сопротивление материала, температурный коэффициент сопротивления, средняя рассеиваемая мощность и точность выполнения технологических операций.
Номинальное сопротивление резисторов определяют по формуле
R = ρνl / (bd),
где ρν - удельное объемное сопротивление материала; l, b и d - длина, ширина и толщина резистивного элемента.
Сопротивление R резистора пропорционально удельному объемному сопротивлению ρν полупроводникового материала, которое зависит от уровня его легирования и температуры. Более высокому уровню легирования соответствует меньшее значение ρν, а следовательно, более низкое сопротивление R, отнесенное к единице длины l при одинаковых значениях ширины и толщины. Следовательно, можно было бы сделать вывод, что при заданной геометрической конфигурации резистивный элемент наиболее целесообразно формировать на беспримесном или слаболегированном полупроводнике. Однако удельное сопротивление такого полупроводника значительно зависит от температуры, что полностью исключает возможность его использования. Поэтому для уменьшения температурной зависимости сопротивления резистора необходим высоколегированный полупроводниковый материал. Увеличение концентрации подвижных носителей зарядов в таком материале вследствие проявления собственной электропроводности будет незначительным по сравнению с концентрацией основных носителей в широком диапазоне температур. Таким образом, номинальное сопротивление резистора в основном зависит от материала с заданным удельным объемным сопротивлением и от его геометрических размеров. Как видно из приведенной выше формулы, сопротивление резистора можно повысить, увеличив его длину или уменьшив площадь поперечного сечения.
Диффузионные резисторы полупроводниковых ИМС наиболее часто формируют на базовых слоях биполярных транзисторов. Выбор этого слоя представляет собой компромиссное решение между большими геометрическими размерами, которые были бы необходимы при использовании эмит-терного слоя, и высоким температурным коэффициентом сопротивления резистора, который соответствовал бы использованию слаболегированного слоя полупроводника (например, коллектора). Однако следует отметить, что на эмиттерном слое можно формировать низкоомные термостабильные резисторы. Структура и конфигурации диффузионных резисторов показаны на рис. 61.
Пинч-резисторы (рис. 62) представляют собой диффузионные резисторы, формируемые на базовых слоях и изолированные двумя параллельно расположенными обратно включенными эмиттерным и коллекторным р-п-переходами. По сравнению с обычными диффузионными резисторами, формируемыми на базовых слоях, пинч-резисторы имеют меньшую площадь поперечного сечения и более высокое удельное сопротивление, так как для их реализации используют слаболегированную часть базы. Поэтому максимальное сопротивление пинч-резис-торов может достигать 300 кОм. Недостатками пинч-резисто-ров являются относительно большой разброс параметров, нелинейность вольт-амперных характеристик и рабочие напряжения, обычно не превышающие 7 — 10 В, так как они определяются напряжением пробоя перехода эмиттер—база.
Ионно-легированные резисторы по структуре не отличаются от обычных диффузионных, однако глубина залегания изолирующего их р-л-перехода значительно меньше и, как правило, не превышает 0,2 — 0,3 мм. Кроме того, ионное легирование обеспечивает получение очень малых концентраций атомов легирующих примесей, что позволяет создавать резисторы, номинальное сопротивление которых достигает сотен килоом.
Пленочные резисторы, получаемые нанесением резисгивного вещества на изолирующую пластину, имеют такую же структуру и конфигурацию, как и диффузионные. Сопротивление пленочных резисторов зависит от материала и толщины пленки и может достигать 1 МОм. После нанесения пленки резисторы обычно подгоняют под заданный номинал различными способами: механическим снятием части резистивного слоя, травлением, низкотемпературным окислением, лазерной обработкой и др.
Рис. 61. Структура (а) и конфигурации (б, в, г) диффузионных резисторов: 1,2-р-п-переходы, 3 - омические контакты к резистору, 4 — защитное покрытие (диоксид кремния), 5 - омический контакт к п-области, 6 — проводящий слой
Рис. 62. Пинч-структура диффузионного резистора
Следует отметить, что при построении сложной аппаратуры малых габаритов стремятся использовать ИМС с минимальным количеством резисторов возможно меньших номиналов.